CN104211128A - 超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法 - Google Patents

超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法 Download PDF

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王一菁
焦丽芳
袁华堂
安翠华
王俊婷
黄娅楠
陈程成
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Abstract

一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤如下：1）将正戊醇、环己烷和十六烷基三甲基溴化铵混合，搅拌1小时作为油相；2）将硝酸镍和硝酸钴混合水溶液与草酸水溶液的混合液作为水相；3）在不断搅拌油相的条件下，逐滴滴入水相溶液，形成油包水体系，经常温反应、陈化、分离、清洗、干燥，得到前驱体；4）将前驱体置于马弗炉中加热并保温，得到目标物，并用于制备超级电容器极片。本发明的优点是：该一维纳米棒的制备方法工艺简单、易于操作且降低了能耗；制品的粒径分布较窄且易于控制，微纳化的NiCo2O4表现出更高的比容量、更好的倍率性能和循环性能；制备过程中不会造成环境污染，绿色环保，适合大规模生产。

Description

超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法
技术领域
 本发明涉及双金属氧化物的制备方法，更具体地说，是涉及一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法。
背景技术
双金属氧化物是一类重要的多功能材料，其在超级电容器方面的应用广受关注。其中，NiCo2O4因其具有比容量高、功率密度大、循环寿命长等优点而被广泛研究和应用。微纳化的NiCo2O4表现出更高的比容量、更好的倍率性能和循环性能。但是目前的合成方法，水热法、溶胶-凝胶法等因其需要较长的反应时间和较高的反应温度而限制了商业化生产。因此，开发一种操作简单、成本低廉，环境友好的合成微纳化的NiCo2O4材料的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种工艺简单，不需要长的反应时间和高的反应温度的一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法。
本发明的技术方案：
一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤如下：
1）将正戊醇、环己烷和十六烷基三甲基溴化铵混合，搅拌1小时作为油相；
2）将Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液与草酸水溶液的混合液作为水相； 
3）在不断搅拌油相的条件下，逐滴滴入水相溶液，形成油包水体系，搅拌下常温反应2小时，陈化2小时，把所得的产物进行离心处理，并依次用水和乙醇清洗三次，然后将分离后的产物干燥，得到前驱体；
4）将上述制得的前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到400-600℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
所述油相中正戊醇、环己烷与十六烷基三甲基溴化铵的用量比为1.5 mL：35 mL：0.8-1 g。
所述水相中Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:2，Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液的浓度为0.05 mol/L；草酸水溶液的浓度为1 mol/L；Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液与草酸水溶液的体积比为1.25：2 。
一种所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的应用，用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂混合均匀得到混合物，在混合物中滴加有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在正方形泡沫镍上，两侧分别用圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
所述导电剂为乙炔黑、碳粉或石墨；粘结剂为PVDF或PTFE；混合物中导电剂的质量百分比为5-30%、粘结剂的质量百分比为5-20%、NiCo2O4纳米棒为余量；混合物与有机溶剂N-甲基吡咯烷酮的用量比为120 mg：1mL。
本发明的优点和有益效果是：
该NiCo2O4一维纳米棒的制备方法工艺简单，不需要长时间和高温度等复杂的步骤，简化了制备流程，易于操作且降低了能耗；制品的粒径分布较窄且易于控制，微纳化的NiCo2O4表现出更高的比容量、更好的倍率性能和循环性能；制备过程中不会造成环境污染，绿色环保，适合大规模生产。
 
附图说明
图1为NiCo2O4一维纳米棒的XRD图和SEM图。
图2为NiCo2O4一维纳米棒电极在不同电流密度下的放电曲线。
图3为NiCo2O4一维纳米棒电极的循环寿命图。
 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1：
一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤如下：
1）将1.5 mL正戊醇、35 mL环己烷和1 g十六烷基三甲基溴化铵混合，搅拌1小时作为油相；
2）将1.25mL的Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液与2mL草酸水溶液的混合液作为水相，Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:2，Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液的浓度为0.05 mol/L，草酸水溶液的浓度为1 mol/L； 
3）在不断搅拌油相的条件下，逐滴滴入水相溶液，形成油包水体系，搅拌下常温反应2小时，陈化2小时，把所得的产物进行离心处理，并依次用水和乙醇清洗三次，然后将分离后的产物干燥，得到前驱体；
4）将上述制得的0.8 g前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到400℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
图1为NiCo2O4一维纳米棒的XRD图和SEM图，其中：a为XRD图，如图所示，煅烧后产物的所有衍射峰都可归属为立方相的NiCo2O4，表明之前制备的前驱体全部转变成了NiCo2O4；b为SEM图，图中显示产物NiCo2O4的形貌为一维纳米棒，且直径为200 nm，长度大约为5 μm。
所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂按质量百分比80%：10%：10%混合均匀得到混合物，在30 mg的混合物中滴加0.5 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在边长为1cm的正方形泡沫镍上，两侧分别用直径为2cm的圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
图2为NiCo2O4一维纳米棒电极在不同电流密度下的放电曲线，图中表明：电化学性能优异，在2A/g电流密度下放电容量可以达到875 F/g。
图3为NiCo2O4一维纳米棒电极的循环寿命图，图中表明：循环2000周后容量损失率仅为8.6%。
实施例2：
一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤1）-3）与实施例相同，得到前驱体；
4）将上述制得的0.9 g前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到600℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
制得的NiCo2O4一维纳米棒的XRD图和SEM图与实施例1类同。
所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂按质量百分比65%：20%：15%混合均匀得到混合物，在30 mg混合物中滴加0.9 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在边长为2cm的正方形泡沫镍上，两侧分别用直径为3cm的圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
制备的NiCo2O4一维纳米棒电极在不同电流密度下的放电曲线及循环寿命图与实施例1类同。
实施例3：
一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤1）-3）与实施例相同，得到前驱体；
4）将上述制得的1.0g前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到400℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
制得的NiCo2O4一维纳米棒的XRD图和SEM图与实施例1类同。
所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂按质量百分比50%：30%：20%混合均匀得到混合物，在30 mg混合物中滴加1.4 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在边长为1.5cm的正方形泡沫镍上，两侧分别用直径为2.5cm的圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
制备的NiCo2O4一维纳米棒电极在不同电流密度下的放电曲线及循环寿命图与实施例1类同。
实施例4：
一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤1）-3）与实施例相同，得到前驱体；
4）将上述制得的1.0g前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到400℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
制得的NiCo2O4一维纳米棒的XRD图和SEM图与实施例1类同。
所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂按质量百分比90%：5%：5%混合均匀得到混合物，在30 mg混合物中滴加0.3 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在边长为2cm的正方形泡沫镍上，两侧分别用直径为3cm的圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
制备的NiCo2O4一维纳米棒电极在不同电流密度下的放电曲线及循环寿命图与实施例1类同。
实施例5：
一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，步骤1）-3）与实施例相同，得到前驱体；
4）将上述制得的1.0g前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到400℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
制得的NiCo2O4一维纳米棒的XRD图和SEM图与实施例1类同。
所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂按质量百分比70%：20%：10%混合均匀得到混合物，在30 mg混合物中滴加0.75 mL N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在边长为1.5cm的正方形泡沫镍上，两侧分别用直径为2.5cm的圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
制备的NiCo2O4一维纳米棒电极在不同电流密度下的放电曲线及循环寿命图与实施例1类同。

Claims (5)

1.一种超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，其特征在于步骤如下：
1）将正戊醇、环己烷和十六烷基三甲基溴化铵混合，搅拌1小时作为油相；
2）将Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液与草酸水溶液的混合液作为水相； 
3）在不断搅拌油相的条件下，逐滴滴入水相溶液，形成油包水体系，搅拌下常温反应2小时，陈化2小时，把所得的产物进行离心处理，并依次用水和乙醇清洗三次，然后将分离后的产物干燥，得到前驱体；
4）将上述制得的前驱体置于马弗炉中以1 ℃/min升温速率加热到400-600℃，并保温3小时，得到黑色的超级电容器材料NiCo2O4纳米棒。
2.根据权利要求1所述超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，其特征在于：所述油相中正戊醇、环己烷与十六烷基三甲基溴化铵的用量比为1.5 mL：35 mL：0.8-1 g。
3.根据权利要求1所述超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的制备方法，其特征在于：所述水相中Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:2，Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液的浓度为0.05 mol/L；草酸水溶液的浓度为1 mol/L；Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O混合水溶液与草酸水溶液的体积比为1.25：2 。
4.一种权利要求1所制备的超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的应用，其特征在于：用于制备超级电容器极片，方法是：将制得的NiCo2O4纳米棒、导电剂和粘结剂混合均匀得到混合物，在混合物中滴加有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），研磨均匀后均匀涂在正方形泡沫镍上，两侧分别用圆形泡沫镍覆盖，压实、点焊，制得超级电容器极片。
5.根据权利要求4所述超级电容器材料NiCo2O4一维纳米棒的应用，其特征在于：所述导电剂为乙炔黑、碳粉或石墨；粘结剂为PVDF或PTFE；混合物中导电剂的质量百分比为5-30%、粘结剂的质量百分比为5-20%、NiCo2O4纳米棒为余量；混合物与有机溶剂N-甲基吡咯烷酮的用量比为120 mg：1mL。
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